锂离子二次电池制造技术

本发明专利技术一个实施方式的目的在于提供一种锂离子二次电池，所述锂离子二次电池在正极中含有具有高镍含量的锂镍复合氧化物并且具有优良的电池特性。根据本发明专利技术的第一锂离子二次电池的特征在于在正极中含有由式(AA)表示的锂镍复合氧化物和碳纳米管，并且其特征还在于碳纳米管的平均长度(a)对锂镍复合氧化物的初级粒子的平均粒度(b)的比即(a)/(b)为0.5以上。LiyNi(1‑x)MxO2(AA)(在所述式中，0≤x≤0.4；0

Lithium ion secondary battery

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂离子二次电池
本专利技术涉及一种电池、制造电池的方法以及配备有该电池的车辆。
技术介绍
锂离子二次电池由于其诸如高能量密度和优良的长期可靠性的优点而作为用于笔记本型个人计算机、移动电话等的电池被广泛地实际使用。近年来，电子装置的改善和在电动车辆中的使用已经发展，因此强烈期望进一步改善电池特性，如容量、能量密度、寿命和安全性。为了提高电池的能量密度，优选使用具有高容量的化合物作为正极活性材料。近年来，锂镍复合氧化物已被广泛用作具有高容量的化合物，在所述锂镍复合氧化物中，镍酸锂(LiNiO2)中Ni的一部分被其它金属元素代替。其中，由于高容量，具有高镍含量的锂镍复合氧化物是特别优选的。另一方面，使用具有高镍含量的锂镍复合氧化物作为正极活性材料的电池与常规电池相比具有高的初始容量，但是具有随着重复充电和放电而容量降低的问题。因此，对使用具有高镍含量的锂镍复合氧化物的锂离子二次电池进行研究以改善其循环特性。专利文献1公开了能够通过如下来减少由重复充电和放电循环引起的电池容量劣化：用Co以及任选的Al、Fe、Mn和B中的一种以上元素代替具有层状岩盐结构的LiNiO2的镍位点的一部分以稳定晶体结构，并且使用水溶性聚合物作为成为负极活性材料的碳材料的粘合剂以防止电解液将粘合剂溶胀。引用列表专利文献专利文献1：日本特开2000-353525号公报
技术实现思路
技术问题即使是上述专利文献1中描述的锂离子二次电池也不具有足够的循环特性，并且仍然存在随着重复充电和放电循环而电池容量逐渐降低的问题。此外，还强烈期望进一步改善其它电池特性，如容量、能量密度和存储特性。本专利技术的一个实施方式的目的是提供一种锂离子二次电池，所述锂离子二次电池在正极中包含具有高镍含量的锂镍复合氧化物，并且具有优良的电池特性。问题的解决方案本专利技术的第一锂离子二次电池在正极中包含由下式表示的锂镍复合氧化物和碳纳米管，其中碳纳米管的平均长度(a)对锂镍复合氧化物的初级粒子的平均粒度(b)的比(a)/(b)为0.5以上。LiyNi(1-x)MxO2其中0≤x≤0.4，0<y≤1.2，并且M是选自由Co、Al、Mn、Fe、Ti和B组成的组中的至少一种元素。本专利技术的有益效果根据本专利技术的一个实施方式，可以提供一种锂离子二次电池，所述锂离子二次电池在正极中包含具有高镍含量的锂镍复合氧化物，并且具有优良的电池特性。附图说明图1是显示膜包装电池的基本结构的分解透视图。图2是示意性地显示图1的电池的截面的截面图。图3是充电和放电之前正极混合物层中LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的次级粒子的SEM图像。图4是充电和放电之后与图3中相同的正极混合物层中LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的次级粒子的SEM图像。图5是使用直径为65nm至110nm的碳纳米管的正极混合物层的SEM图像。图6是如下正极混合物层的SEM图像，其中(a)/(b)为0.5以上，其中(a)表示碳纳米管的平均长度，并且(b)表示锂镍复合氧化物的初级粒子的平均粒度。图7是如下正极混合物层的SEM图像，其中(a)/(b)小于0.5，其中(a)表示碳纳米管的平均长度，并且(b)表示锂镍复合氧化物的初级粒子的平均粒度。具体实施方式下文将描述本实施方式的电池的构成和该电池的制造方法。<正极>正极包含集电器和设置在集电器上并且包含正极活性材料、导电材料和粘合剂的正极混合物层。正极包含由下式(1)表示的锂镍复合氧化物作为正极活性材料。LiyNi(1-x)MxO2(1)其中0≤x≤0.4，0<y≤1.2，并且M是选自由Co、Al、Mn、Fe、Ti和B组成的组中的至少一种元素。次级粒子是多个初级粒子的聚集体。通常，初级粒子在锂镍复合氧化物的次级粒子中彼此紧密接触。因此，锂镍复合氧化物的次级粒子的表面上没有间隙或仅有小间隙。然而，当在式(1)中如x为0.4以下那样镍含量高时，锂镍复合氧化物的次级粒子表面上的初级粒子因重复充电-放电循环被彼此撕裂开而产生间隙。图3是充电和放电之前正极混合物层中LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的次级粒子的表面的SEM图像。图4是重复充电和放电之后与图3中相同的正极混合物层中LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的次级粒子的表面的SEM图像。因为LiNi0.8Co0.15Al0.05O2具有高镍含量，所以在重复充电和放电之后在次级粒子的表面上产生间隙，如图4中的箭头所示。随着这些间隙扩大，正极混合物层的电阻(electronicresistance)增加，并且电池的容量逐渐降低。出于这个原因，与其它正极活性材料如具有低镍含量的锂镍复合氧化物和不含镍的材料相比，具有高镍含量的锂镍复合氧化物往往具有不足的循环特性。在式(1)中，x优选为0.3以下，更优选为0.2以下。这种化合物的实例包括LiαNiβCoγMnδO2(0<α≤1.2，优选1≤α≤1.2，β+γ+δ＝1，β≥0.7且γ≤0.2)和LiαNiβCoγAlδO2(0<α≤1.2，优选1≤α≤1.2，β+γ+δ＝1，β≥0.7且γ≤0.2)，并且特别包括LiNiβCoγMnδO2(0.75≤β≤0.85，0.05≤γ≤0.15且0.10≤δ≤0.20)。更具体地，可以优选使用例如LiNi0.8Co0.05Mn0.15O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2和LiNi0.8Co0.1Al0.1O2。由式(1)表示的锂镍复合氧化物的初级粒子的平均粒度的下限优选为50nm以上，更优选为200nm以上，最优选为300nm以上。由式(1)表示的锂镍复合氧化物的初级粒子的平均粒度的上限优选为700nm以下，更优选为600nm以下，最优选为500nm以下。初级粒子的平均粒度可以通过如下方式来确定：用电子显微镜如透射电子显微镜(TEM)或扫描电子显微镜(SEM)观察正极混合物层，测量由式(1)表示的锂镍复合氧化物的初级粒子的轮廓上两个不同点之间的最大距离，并且计算100个粒子的算术平均值。由式(1)表示的锂镍复合氧化物的次级粒子的平均粒度的下限优选为1μm以上，更优选为3μm以上。由式(1)表示的锂镍复合氧化物的次级粒子的平均粒度的上限优选为16μm以下，更优选为12μm以下。次级粒子的平均粒度可以通过如下方式来确定：用电子显微镜如透射电子显微镜(TEM)或扫描电子显微镜(SEM)观察正极混合物层，测量由式(1)表示的锂镍复合氧化物的次级粒子的轮廓上两个不同点之间的最大距离，并且计算100个粒子的算术平均值。正极混合物层中由式(1)表示的锂镍复合氧化物的含量的下限优选为30质量％以上，更优选为60质量％以上。正极混合物层中由式(1)表示的锂镍复合氧化物的含量的上限优选为99质量％以下，更优选为97质量％以下。正极包含碳纳米管作为导电材料。碳纳米管是由具有6元碳环的平面石墨烯片形成的碳材料。其中具有6元碳环的平面石墨烯片形成圆筒状的碳纳米管可以具有单层或同轴多层结构。此外，圆筒状碳纳米管的两端可以是开放的，但可以用含有5元碳环或7元碳环的半球形富勒烯封闭。因为碳纳米管除了高导电性之外还具有细长形状，因此其可用于在活性材料粒子之间形成导电路径。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子二次电池，在正极中包含由下式表示的锂镍复合氧化物以及碳纳米管，其中所述碳纳米管的平均长度(a)对所述锂镍复合氧化物的初级粒子的平均粒度(b)的比(a)/(b)为0.5以上，LiyNi(1‑x)MxO2其中0≤x≤0.4，0<y≤1.2，并且M是选自由Co、Al、Mn、Fe、Ti和B组成的组中的至少一种元素。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.14 JP 2016-1798811.一种锂离子二次电池，在正极中包含由下式表示的锂镍复合氧化物以及碳纳米管，其中所述碳纳米管的平均长度(a)对所述锂镍复合氧化物的初级粒子的平均粒度(b)的比(a)/(b)为0.5以上，LiyNi(1-x)MxO2其中0≤x≤0.4，0<y≤1.2，并且M是选自由Co、Al、Mn、Fe、Ti和B组成的组中的至少一种元素。2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其中所述碳纳米管的最外圆筒的平均直径为40nm以下。3.根据权利要求1或2所述的锂离子二次电池，其中所述碳纳米管的平均长度为100nm以上且840nm以下。4.根据权利要求1至3中任一项所述的锂离子二次电池，其中所述初级粒子的平均粒度为50nm以上且700nm以下。5.根据权利要求1至4中任一项所述的锂离子二次电池，其中正极混合物层的密度为3.25g/cm3以上。6.根据权利要求1至5中任一项所述的锂离子二...

【专利技术属性】
技术研发人员：助丈史，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP